未来，建筑将为居住者提供增强的、更加个性化的舒适，同时实现零碳排放。由于传感器和人工智能的进步，这将成为可能，使我们能够以新的方式与环境互动，同时将最终控制权交给乘客。然而，作为用户，我们也需要对我们的习惯做出持久的改变。
在技术创新和应对气候变化的推动下，建筑行业——第二大温室气体排放国和最大的能源终端用户——正在塑造一个新的未来。建筑一直被视为被动结构，但它们正在成为智能、互动和可持续的环境。是否有可能实现这种转变，在减少建筑能耗的同时创造更舒适的家庭和办公室？答案是肯定的，但前提是我们也要改变自己的习惯。工程师们正在研究如何调和向清洁能源的转变与建造更舒适的建筑的愿望，这些建筑还能改善居住者的健康状况，并适应他们的行为。这方面的一个项目是SWICE，由EPFL领导，由众多瑞士大学与私营和公共部门的合作伙伴共同实施。该项目由瑞士联邦能源局资助，作为该国到2050年实现净零排放战略的一部分。
控制：舒适的关键因素
室内空间是我们日常生活的一个显著特征。根据一项独立研究，我们90%的时间都是在室内度过的，无论是在工作、在家还是在休闲活动中——这个数字还包括通勤时间。因此，建筑居住者的幸福是一个重要的问题，但它也是一个主观的问题。“当我们谈论居住者的舒适度时，我们需要区分他们的需求和期望，”SWICE项目协调员兼EPFL综合性能设计实验室（脂质）负责人Marilyne Andersen说。需求是指我们保持身体健康所需的最低条件，而期望则是由我们所处的社会、个人偏好、户外气候和文化因素决定的。
Marilyne安徒生。?2024 EPFL - Jeanne Guerard插图
安德森说：“很明显，以需求而不是期望为导向的生活方式对环境更有利。”“但具有讽刺意味的是，在某些情况下，居住者的一些核心需求没有得到满足，例如，充足的日照，而与技术进步相关的期望，例如通过语音命令控制室内照明的能力，将得到满足。”假设建筑的主要目的仍然是满足其居住者，建筑师最终应该努力满足需求和期望，同时确保资源的经济使用。舒适是一个主观的、相对个人的概念，尽管我们已经确定了适用于大多数人的某些趋势。”
例如，安徒生研究小组的一项研究发现，居住者的热舒适度会受到房间里灯光颜色的影响，与蓝色相比，较红的颜色会让居住者感觉到环境温度略高。安德森说：“研究还表明，当居住者对环境有控制权时，他们会有更大的幸福感，比如他们知道自己可以打开一扇窗户。”室内空气质量、自然光和噪音水平等因素的影响可能非常重要，对居住者健康的影响越来越多。安德森说：“例如，当人们在室内呆了很长时间，那里的光线通常比室外少100倍左右时，就会出现日照不足的情况，这可能会对注意力、生产力、情绪、免疫系统甚至睡眠质量产生负面影响。”
Dolaana Khovalyg。?2024 EPFL - Jeanne Guerard插图
“与他们的建筑有着强烈的、近乎同理心的联系。”
现代建筑配备了一系列传感器，用于测量温度、烟雾、空气质量、占用率（以调节照明）等。一些建筑物还配备了自动控制照明、供暖、通风和空调（HVAC）系统的设备，以达到最高效率。更重要的是，这些设备很快就会配备人工智能（AI），以“学习”居住者的习惯，并实时调整环境条件。例如，人工智能驱动的系统可以在冬季确认房间是空的后自动降低房间的温度，从而显著节省能源。由Dolaana Khovalyg领导的EPFL综合舒适工程实验室的工程师们已经开发出了这类智能控制器，并对它们进行了强化学习训练。Khovalyg说：“我们的设备可以连续自主地调整室内环境的控制设置，同时瞄准几个目标，比如降低能源消耗，最大限度地提高乘员的舒适度和安全性。”她的团队现在正在更进一步，通过开发模型来预测个人在进行日常室内活动时的代谢率。这些数据将用于制定控制政策，自动调节人周围环境的加热或冷却。
丹尼斯拉兰内。?2024 EPFL - Jeanne Guerard插图
人工智能的最新进展使其成为实现个性化、高效建筑控制系统的强大工具。但专家们一致认为，人类必须对室内环境拥有最终决定权。如果没有别的，控制的感觉在心理上提高了舒适感。弗里堡大学（University of Fribourg）人机交互专家丹尼斯·拉兰内（Denis Lalanne）解释说：“智能建筑几乎就像居住者进入了一台电脑。他们在一个智能结构中生活和工作，需要与它建立牢固的、几乎是同理心的联系，这样它才能以正确的方式调整环境设置，以实现最大的舒适度和最小的碳排放。”人与建筑互动（HBI）是一个快速发展的领域，它让居住者回到建筑中，成为一个玩家，而不仅仅是一个被动的用户。
在EPFL，以人为本的可持续发展土木工程与技术实验室负责人安德鲁·桑塔（Andrew Sonta）正在这一领域进行重要研究。他说：“室内传感器不仅可以收集环境条件的数据，还可以洞察居住者如何与建筑物互动，以及它们如何影响建筑物的性能。”他的研究小组通过测量不同房间的能耗和二氧化碳浓度等指标，研究了人与建筑的相互作用。“人们说话时吸入更多的氧气，这可能导致空气中二氧化碳浓度的增加，”他说。“通过绘制这些数据，我们可以了解居住者对建筑物的社会用途。”
安德鲁Sonta。?2024 EPFL - Jeanne Guerard插图
创新技术将在很大程度上实现更大的乘员舒适度和更少的能源消耗这两个目标。但作为一个社会，我们也需要调整我们的期望。因此，SWICE项目的科学家们正在许多“生活实验室”中尝试新方法——在现实世界的实验空间中，他们直接与住宅和办公楼的居住者合作，看看新方法如何与居住者的日常活动相适应。安德森说：“生活实验室的干预措施是通过与居民和未来用户的积极合作共同创造的，从而提高了对这些干预措施的认识。”“然后在现实世界的条件下测试、测量和研究它们的影响，为我们提供具体的数据。这是一个试点项目，旨在设计未来的干预措施，这些干预措施将适用于更开放的环境，并可以在更大的范围内进行。”当涉及到人与建筑的互动时，工程师可以使用不同类型的传感器来更好地了解居住者的需求，并提高建筑物满足这些需求的能力。传感器还可以增强将建筑物信息传递给居住者的方式。“双方都需要投入，”拉兰内说。“机器无法自己预测所有事情，它们如何将自己的运行状况传达给乘员，还需要做更多的工作。”
?2024 EPFL - Jeanne Guerard插图
未来的住房将是集体性的，并与城市规划相结合
那种带有白色尖桩栅栏的陈腐房屋正在走向消亡吗？根据联邦统计局2022年的数据，目前独户住宅占瑞士住宅的一半以上（尽管由于土地成本高昂，这些住宅的规模在过去50年里大幅缩小）。然而，考虑到瑞士大城市的住房短缺，停止征地的努力，特别是保护生物多样性和减少国家温室气体排放的目标，趋势可能会转向根据一种新的、更生态的城市建筑形式来设计集体住房，以应对气候变化的挑战。
“作为SWICE的一部分，我们正在研究如何将节能的概念应用到瑞士的城市中心，”安德森说。“这涉及到协调构成个人幸福的复杂因素与人们愿意接受的行为改变程度。我们的方法结合了生活质量的概念，通过设计公共空间、植被（包括植被降低城市温度的能力）、建筑间距和建筑使用的潜在动态。我们也在研究城市交通系统的能源足迹，特别是与通勤有关的。”
